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本书是一本介绍无人机飞控系统开发的立体化专业图书。全书共5章，第1章是无人机概述；第2章介绍无人机首次飞行的准备工作，主要包括地面站的使用方法、无人机数据的传输、无人机遥控链路的连接、飞控校准、动力电池以及飞行操作；第3章介绍无人机飞控系统的底层开发，主要包括人机状态指示灯的控制、无人机系统时钟的配置、无人机电池电压的读取、无人机控制信号的输出、无人机遥控信号的接收、无人机数据的收发，无人机MAVLink消息的收发、通过I2C总线读EEPROM；第4章介绍无人机飞控系统的应用开发，主要包括无人机的无线数传模块的开发、加速计与陀螺仪的开发、磁力计的开发、气压计的开发、光流模块的开发、遥控输入的控制、电机的控制；第5章介绍无人机的飞控算法，主要包括无人机姿态解算和角速度、角度的PID控制器设计。

目    录
第1章  无人机概述	1
1.1  无人机的基本组成	1
1.1.1  无人机的介绍	1
1.1.2  多旋翼无人机的基本组件	3
1.2  无人机的结构与飞控原理	8
1.2.1  无人机的机身布局	8
1.2.2  无人机的旋翼结构	9
1.2.3  无人机的飞控原理	9
1.3  无人机的系统设计	12
1.3.1  飞控系统的硬件架构设计	12
1.3.2  飞控系统的硬件接口	13
1.3.3  飞控系统的软件架构	18
第2章  无人机的首次飞行	21
2.1  地面站简介	21
2.1.1  地面站软件的基本功能	21
2.1.2  地面站软件介绍	22
2.2  数据传输	23
2.2.1  开发原理	23
2.2.2  开发步骤	25
2.3  遥控链路	27
2.3.1  开发原理	28
2.4.2  开发步骤	30
2.4  飞控校准	32
2.4.1  开发原理	32
2.4.2  开发步骤	35
2.5  动力电池	40
2.5.1  开发原理	40
2.5.2  开发步骤	41
2.6  飞行操作	42
2.6.1  开发原理	42
2.6.2  开发步骤	42
第3章  无人机飞控系统的底层开发	44
3.1  无人机状态指示灯的控制	44
3.1.1  开发原理	44
3.1.2  开发步骤	47
3.1.3  运行结果	54
3.2  无人机系统时钟的配置	54
3.2.1  开发原理	55
3.2.2  开发步骤	57
3.2.3  运行结果	60
3.3  无人机电池电压的读取（ADC+DMA）	60
3.3.1  开发原理	60
3.3.2  开发步骤	66
3.3.3  运行结果	69
3.4  无人机控制信号的输出（PWM输出）	70
3.4.1  开发原理	70
3.4.2  开发步骤	73
3.4.3  运行结果	75
3.5  无人机遥控信号的接收（PWM输入捕获）	76
3.5.1  开发原理	76
3.5.2  开发步骤	77
3.5.3  运行结果	81
3.6  无人机数据的收发（USART+DMA）	81
3.6.1  开发原理	81
3.6.2  开发步骤	85
3.6.3  运行结果	90
3.7  无人机MAVLink消息的收发	90
3.7.1  开发原理	91
3.7.2  开发步骤	95
3.7.3  运行结果	96
3.8  通过I2C总线读EEPROM	97
3.8.1  开发原理	97
3.8.2  开发步骤	99
3.8.3  运行结果	106
第4章  无人机飞控系统的应用开发	107
4.1  无人机无线数传模块的开发	107
4.1.1  开发原理	107
4.1.2  开发步骤	108
4.1.3  运行结果	113
4.2  加速计与陀螺仪的开发	115
4.2.1  开发原理	115
4.2.2  开发步骤	119
4.2.3  运行结果	147
4.3  磁力计的开发	148
4.3.1  开发原理	148
4.3.2  开发步骤	150
4.3.3  运行结果	160
4.4  气压计的开发	160
4.4.1  开发原理	161
4.4.2  开发步骤	162
4.4.3  运行结果	168
4.5  光流模块的开发	169
4.5.1  开发原理	169
4.5.2  开发步骤	170
4.5.3  运行结果	175
4.6  遥控输入的控制	176
4.6.1  开发原理	176
4.6.2  开发步骤	176
4.6.3  运行结果	185
4.7  电机的控制	186
4.7.1  开发原理	186
4.7.2  开发步骤	187
4.7.3  运行结果	189
第5章  无人机的飞控算法	191
5.1  无人机姿态解算	191
5.1.1  开发原理	191
5.1.2  开发步骤	201
5.1.3  运行结果	206
5.2  角速度、角度的PID控制器设计	206
5.2.1  开发原理	206
5.2.2  开发步骤	211
5.2.3  运行结果	216

前    言
无人机又称无人驾驶飞行器（Unmanned Aerial Vehicle，UAV），是一种不需要人工操控，可通过遥控或自主程序控制的飞行器。近年来，无人机技术得到了迅速发展，并在各个领域发挥了重要作用。在军事应用领域，无人机可执行侦察、监视、打击等任务，降低士兵在战场上的伤亡风险，提高作战效率；在民用领域，无人机的应用越来越广泛，如航拍、遥感、测绘、农业、物流、环保、科研等，可以快速、高效地完成人类不易完成的任务，提高工作效率，降低成本；在应急救援领域，无人机在自然灾害、事故现场等紧急情况下发挥着重要作用，可以快速到达灾害现场，完成搜救、物资投放、灾情监测等工作，有效减少人员伤亡和财产损失；在科研创新领域，无人机为科学研究提供了新的手段和视角，如气象观测、地球物理探测、生物研究等，可以提高科研数据的采集效率和准确性，推动科学技术的进步；在娱乐休闲领域，无人机为人们提供了新的娱乐方式，丰富了人们的文化生活。无人机在现代社会中的应用越来越广泛，其重要性日益凸显。随着无人机技术的不断创新和法规制度的完善，无人机将在更多领域发挥积极作用。
无人机的飞控系统是无人机的核心组成部分，可看成无人机的“大脑”。飞控系统主要由传感器（如陀螺仪、加速计、气压计、磁力计），控制器（飞控芯片），执行器（如电机、舵机），无线数传模块和导航系统组成。
本书基于STM32系列微控制器开发无人机的飞控系统，主要包括无人机概述、无人机的首次飞行、无人机飞控系统的底层开发、无人机飞控系统的应用开发、无人机的飞控算法等内容。
本书可作为计算机、电子信息等相关专业的教材，也可供相关研究人员、工程技术人员阅读参考。
本书的主要知识点、重点、难点及课时分配如下：

章    节	知  识  点	要    求	推荐学时数
无人机概述	无人机的基本组成	了解	4
	无人机的结构与飞控原理	了解	
	无人机的系统设计	了解	
无人机的首次飞行	地面站简介	掌握	6
	数据传输	掌握	
	遥控链路	掌握	
	飞控校准	掌握	
	动力电池	掌握	
	飞行操作	掌握	
续表    
章    节	知  识  点	要    求	推荐学时数
无人机飞控系统的底层开发	无人机状态指示灯的控制	掌握	10
	无人机系统时钟的配置	掌握	
	无人机电池电压的读取（ADC+DMA）	掌握	
	无人机控制信号的输出（PWM输出）	掌握	
	无人机遥控信号的接收（PWM输入捕获）	掌握	
	无人机数据的收发（USART+DMA）	掌握	
	无人机MAVLink消息的收发	掌握	
	通过I2C总线读EEPROM	掌握	
无人机飞控系统的应用开发	无人机无线数传模块的开发	掌握	12
	加速计与陀螺仪的开发	掌握	
	磁力计的开发	掌握	
	气压计的开发	掌握	
	光流模块的开发	掌握	
	遥控输入的控制	掌握	
	电机的控制	掌握	
无人机飞控算法	无人机姿态解算	掌握	4
	角速度、角度的PID控制器设计	掌握	

无人机飞控技术涉及多个学科，限于作者水平，本书难免会有不当之处，希望广大读者批评指正。


作  者  
2024年4月

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